Kretssimulator

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Hopp til navigering Hopp til søk

En kretssimulator er et computerprogram som kan simulere elektriske og elektroniske kretser. Komponentene blir modellert og koplet sammen og hele kretsen blir så simulert etter gitte kriterier. I moderne programmer skilles det ikke mellom digitale og analoge simulatorer.

Input[rediger | rediger kilde]

Til programmet oppgir man

  • hvordan hver enkelt komponent oppfører seg. Dette blir for standardkomponenter hentet fra et bibliotek i programmet
  • hvilke komponenter som koples sammen, hvilke verdier eller betegnelser de har, altså et komplett, konkret skjema
  • tilkopling av perifere komponenter som strøm- og spenningsforsyninger, inngangssignaler, jord og last
  • komponenter kan endre verdier mens simuleringen foregår
  • gjeldende temperatur, eller en liste temperaturer
  • hva som skal beregnes, eller simuleres (DC-nivåer, frekvensresponser, pulsresponser, støy)

Komponenter som ikke er med i simulatorens bibliotek kan beskrives med et spesielt språk og finnes ofte tilgjengelig som tekstfiler fra komponentens produsent, for eksempel på Internett.

Hva beregnes[rediger | rediger kilde]

Simulatorer kan for det meste beregne

  • transientrespons; hva som skjer etter påslag
  • AC analyse; frekvens- og faserespons for forsterkere
  • Arbeidspunkt; DC-nivåer
  • støy og støyspektra
  • DC-sweep-respons for eksempel for karakteristiserende kurver for ulinjære komponenter som transistorer

I tillegg kan beregninger, som for eksempel fourieranalyse foretas på simuleringsresultatet, og noen simulatorer kan produsere lydfiler eller laste lydfiler inn som kilde.

Hvordan?[rediger | rediger kilde]

De fleste simulatorer bruker den samme kjernen, beregningsmotoren, som er uten lisensrettigheter siden den er betalt av skattemidler. Navnet til denne motoren er SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis, eng: simulasjonsprogram med vekt på integrerte kretser). Programkjernen utvikles på University of California, Berkeley og har utviklet seg siden 1968. Komponentmodellene utformes i et språk som SPICE forstår, SPICE-modeller.

En simulator består av flere deler:

  • Programmets overflate, dets betjening, med lagring og lading av skjema og resultater
  • En skjemadel for å angi og endre skjema og komponentverdier. Skjema blir omformet til en såkalt nettliste som beskriver skjemaet verbalt. Den er lettleselig for simulatorer men ikke for mennesker. Nettlistene inneholder ikke plasseringer i skjema.
  • En inn- og utgangsdel for nettlister
  • En grafisk del som fremstiller resultatene av simulasjonen. Det er svært viktig at denne programdelen er fleksibel og lettbetjent
  • Beregningsmotoren selv, SPICE
Simulasjon av innmaten (innrammet) til en LM741 opersajonsforsterker koplet som ikke-inverterende forsterker, her med transientrespons. Utgangsspenningen er vist grønn. De to andre grafene viser strømmene i utgangstransistorene Q18 og Q19, der transistorene tar hver sin halvperiode i klasse B utgangstrinnet. Hver eneste strøm og spenning kan avbildes etter behov.
LM741 OpAmp som ikke-inverterende forsterker, frekvensrespons (AC analyse). Forsterkningen er 15.667 x = nesten 24 dB. Fasen er vist stiplet, skala til høyre.

Av et hvilket som helst skjema kan en ny komponent dannes og lagres. Den gis et symbol som har tilkoplingene til utenverdenen og den får et navn. Senere kan en bruke mange instanser av denne komponenten samtidig. På engelsk, i simulatorprogrammene, heter disse subcircuits (no: "underkrets" direkte oversatt, eller bedre "frikrets").

Kretssimulatorer kan virke svært kostnadssparende for elektronikkindustrien; de gjør elektronisk utviklingsarbeid adskillig hurtigere enn ren laboratorieutvikling. Som oftest må kretsene likevel testes i laboratoriet før produksjon; simulatorene er ikke bedre enn modellene og kan derfor ikke erstatte laboratoriet. Kretskortets parasitt-induktiviteter og -kapasiteter kommer ikke med hvis de ikke settes inn som diskrete komponenter. Her er et eksempel på en beskrivelse av en N-kanal junction FET transistor 2N4338:

  • .model 2N4338 NJF(Beta=781u Betatce=-.5 Rd=1 Rs=1 Lambda=1.167m Vto=-19.2 Vtotc=-2.5m Is=114.5f Isr=1.091p N=1 Nr=2 Xti=3 Alpha=506.8u Vk=251.7 Cgd=2.8p M=.2271 Pb=.5 Fc=.5 Cgs=2.916p Kf=2.918E-18 Af=1 mfg=Fairchild). Det er svært mange parametre med i modellene, mange flere enn de som brukes i lærebøker om transistorer. En bruker må ikke kjenne til disse detaljene.

En simulator er også et meget godt læremiddel. Her kan ideer, komponenter og verdier testes ut presist og hurtig. I tillegg kan det dannes ideelle komponenter som ikke kan fremstilles i virkeligheten.

Mange simulatorer selges sammen med verktøy til utvikling av printplater (kretskort) og har ganske høye anskaffelseskostnader.

Noen produsenter av elektroniske komponenter tilbyr simulatorer til kundene sine slik at produktene kan testes ut av utviklere på kontoret. En meget god simulator for både Windows og MAC tilbys helt fritt og uinnskrenket under både navnene LTspice (ny) og SwitcherCad (eldre). Ved siden av de standard passive komponentene og de mest kjente transistorene og integrerte kretsene inneholder den spesialkomponenter fra firmaet som tilbyr simulatoren, Linear Technology. SPICE-modeller fra andre produsenter finnes uten vanskeligheter på Internet. Simulatoren har en meget god bruksanvisning, men denne inneholder ikke generell SPICE-informasjon.

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]

Her er noen lenker til engelskspråklige steder som omhandler LTspice.